[发明专利]一种制备生物柴油的二维聚酰胺固定化脂肪酶的催化剂

说明书

本发明涉及一种利用二维聚酰胺固定化脂肪酶的生物催化剂及其应用于催化大豆油制备生物柴油的方法，此生物催化剂能高效转化大豆油生成生物柴油。本发明所用的催化剂廉价易得；反应时间短，高效节能；目标产物收率高，较低的副产物生成；经济和环境成本低；产物和催化剂易分离，后处理简单；催化剂易于重复使用，废物排放少，绿色环保；对设备要求很低，设备投资小，有利于工业化进展，具有十分重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种利用二维聚酰胺固定化脂肪酶的生物催化剂及其应用于催化大豆油制备生物柴油的方法。

背景技术

随着经济的蓬勃发展和生活水平的提高，不可再生资源的日益枯竭，人们将目光转向了以生物质为导向的研究发展中，探索能有一种高效多效的绿色环保催化剂能将废弃油脂转化为生物柴油，以解决环境污染与不可再生资源殆尽的问题。生物柴油绿色环保且是一种可再生资源，是通过短链醇脂和油的转酯反应制成。柴油的十六烷值代表其在发动机中的燃烧质量，而生物柴油的十六烷值(约49-51)优于普通柴油。同时，使用生物柴油在可以减少机械磨损，延长了发动机寿命。并且，生物柴油燃烧排放的废气中硫，氮化合物含量很少，不会造成空气污染。以上这些优良的性质均表明生物柴油是一种理想的燃料。因此，本专利的目标就是开发一种高效的、廉价的、对环境友好的生物催化剂催化油脂转化制备生物柴油。

脂肪酶是一种可以催化酯的水解反应并且在非水相中能催化醇与脂肪酸反应的酶类^[6]。脂肪酶具有比其他任何已知酶都要优越的底物特异性，这赋予了脂肪酶无限的应用潜力，然而游离的脂肪酶稳定性较弱，导致其无法应用于工业生产之中。固定化脂肪酶催化法应运而生，它克服了游离脂肪酶催化反应的弊端，成为了近几年最热门的催化生产生物柴油的方法。

聚酰胺是通过强共价键(酰胺键)将一些轻元素(C、N和O等)连接而成的有机多孔聚合物(POPs)中的共价有机框架材料，因此它表现出许多独特的性质，如刚性结构、较低的密度、热稳定性、较大的比表面积、较高的孔隙率等，因此这种材料在气体吸附、非均相催化、光电传导和能量存储等研究领域应用广泛。本发明采用二维层状的聚酰胺作为载体，通过其于脂肪酶间形成的丰富的氢键吸附并固定化脂肪酶，制备高效而稳定的生物催化剂，用于生物法制备生物柴油，实现高于游离的催化活性并可以重复使用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种利用二维聚酰胺固定化脂肪酶的生物催化剂及其应用于催化大豆油制备生物柴油的方法，本发明探究了二维层状聚酰胺的结构、形貌以及和脂肪酶间的相互作用，并考察了不同固载含量对脂肪酶活性的影响。将着重提高此固定化脂肪酶催化剂的催化性能，并具有快速、高效、可回收的特点。

本发明的目的是这样实现的，一种利用二维聚酰胺固定化脂肪酶的生物催化剂，其特征在于：均苯三甲酰氯和联苯二胺在研磨法的作用下制备二维聚酰胺材料，然后固载10-30wt％的脂肪酶，在室温搅拌下得到多相化的脂肪酶生物催化剂。

所述二维聚酰胺材料，以氢氧化钠作为缚酸剂，在室温下即可合成具有层状结构的二维聚合物形貌，所构成的聚合物不仅具有高聚合度并且含有丰富的酰胺官能团，可与脂肪酶通过氢键作用在层间形成多点弱作用力，以保持脂肪酶的构型构象并能与载体进行牢固结合。

一种利用二维聚酰胺固定化脂肪酶的生物催化剂应用于催化大豆油制备生物柴油的方法，其特征在于：将脂肪酶生物催化剂引入到大豆油转酯化反应中，在温和条件下实现生物柴油的高效制备和生物催化剂的稳定回收复用。

采用室温条件下将二维聚酰胺固载的脂肪酶催化剂投入到反应体系中，以0.5g大豆油作为反应底物，加入0-8wt％的水以激活脂肪酶的活性，并在反应过程中将酯交换试剂甲醇分三次加入反应体系，分别在第0h、8h、16h添加40μL，最终此脂肪酶生物催化剂实现了高于游离酶活性的催化效果。